添加有机添加剂三乙胺（TEA）提高黄铜上镍电镀的质量

《Next Materials》：Enhancing the quality of nickel electroplating on brass with the addition of organic additive triethylamine (TEA)

　　

黄铜上镍镀层广泛应用于许多工业领域。电沉积过程相对复杂，取决于多个参数，包括pH、温度、电流密度和镀液组成。在本研究中，研究人员使用传统的Watts镀液和含有三乙胺（TEA）的改性镍镀液，在黄铜基底上电沉积镍镀层。通过电化学技术、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDS）和腐蚀测试对镀层进行了表征。在所研究的无添加剂条件下，从传统Watts镀液获得的镀层表现出相对不均匀的形貌，而所提出的镀液在分析区域中显示出改善的镍表观覆盖。相比之下，含TEA的镀液产生了更亮、更致密、更均匀的镀层。EDS分析证实了镍沉积的改善，在8 mL/L TEA时，Ni含量增加到97.16 wt%。电化学腐蚀测试也显示在TEA存在下保护性能增强，证实了其对黄铜上镍镀层形貌和耐腐蚀性的有益作用。

金属表面处理是改善硬度、耐磨性和耐腐蚀性等表面性能的关键手段，其中电化学沉积广泛应用于工业领域。镍电镀在航空、电子和装饰等行业中尤为常见，而Watts镀液（主要由硫酸镍、氯化镍和硼酸组成）因其镀层外观良好和长期稳定性成为大规模表面处理的首选。然而，传统Watts镀液在黄铜基底上沉积镍时，常导致镀层不均匀、出现裂纹和表面缺陷，影响其耐腐蚀性能。有机添加剂如糖精、脂肪醇等已被研究用于改善镀层质量，但三乙胺（TEA）作为添加剂的作用尚未充分探索。为优化镍电镀工艺，研究人员开展了本研究，旨在评估TEA对黄铜上镍电沉积过程的影响，特别是对镀层形貌、表观覆盖率和耐腐蚀性的作用。该研究发表在《Next Materials》。

研究人员使用了循环伏安法（CV）评估电化学行为，计时电位法监测沉积电位稳定性，扫描电子显微镜（SEM）观察表面形貌，能量色散X射线光谱（EDS）分析元素组成，以及电化学阻抗谱（EIS）和动电位极化测试评估耐腐蚀性能。黄铜基底（Cu63/Zn37）来自商业来源，其化学组成经检测确定。

**3.1.1 产率和沉积速率评估**
通过比较Watts镀液和改性基础镀液（无TEA），研究人员发现改性基础镀液的阴极效率（37.6%）和沉积速率（0.46 μm·min^-1）略高于Watts镀液（35.2%和0.43 μm·min^-1），表明改性镀液组成轻微促进镍沉积。在改性镀液中加入TEA后，沉积速率从1 mL/L时的0.49 μm·min^-1增至5 mL/L时的0.87 μm·min^-1和8 mL/L时的0.89 μm·min^-1，阴极效率相应从40.2%升至71.3%和72.6%，表明TEA通过改善界面环境促进了Ni²⁺还原和镍生长。

**3.1.2 循环伏安研究**
在80和100 mV·s^-1扫描速率下，改性基础镀液相比Watts镀液表现出更高的阴极电流和更明显的阳极峰，表明其更有利于Ni²⁺还原为金属镍及后续氧化。这种改善归因于改性镀液的高氯离子浓度，增强了离子电导率和电荷转移，但需视为整体组成效应。

**3.1.3 计时电位研究**
计时电位曲线显示，Watts镀液沉积电位约-1.25 V并伴有明显振荡，表明界面不稳定（可能由Ni²⁺浓度波动、氢气泡产生等引起）。改性基础镀液沉积电位约-1.30 V，但曲线更稳定，振荡减少，表明改性镀液提供了更受控的沉积过程，得益于高氯离子改善的导电性。

**3.1.4 SEM/EDS分析**
SEM图像显示，Watts镀液所得镀层呈非均匀、颗粒状且有裂纹；改性基础镀液所得镀层更均匀、裂纹更少。EDS分析表明，Watts镀液镀层Ni含量仅23.57 wt%，Cu和Zn含量高（47.81 wt%和24.19 wt%），表明镍层不连续。改性基础镀液镀层Ni含量增至67.68 wt%，Cu和Zn降至16.40 wt%和11.94 wt%，证明镍覆盖率提高。

**3.1.5 三乙胺对镀层质量的影响**
a. 循环伏安：在改性镀液中加入TEA后，阴极电流随TEA浓度增加而降低，表明TEA吸附在电极表面，减缓了Ni²⁺的直接还原，但有助于更均匀的沉积。
b. 计时电位：沉积电位随TEA浓度增加从-1.30 V负移至-1.63 V（8 mL/L），同时电位振荡减弱，表明TEA稳定了沉积过程，可能通过润湿和表面活性作用。
c. SEM/EDS：无TEA时镀层粗糙有裂纹；加入1、5、8 mL/L TEA后，镀层逐渐致密均匀，裂纹减少。EDS显示Ni含量从67.68 wt%升至97.16 wt%（8 mL/L），Cu和Zn信号几乎消失，表明镍覆盖率显著提高。

**4.1 腐蚀行为比较**
a. 动电位极化：在3.5% NaCl溶液中，改性基础镀液镀层的腐蚀电流密度（2.6 μA·cm^-2）低于Watts镀液镀层（3.2 μA·cm^-2），保护效率分别为79.6%和75.0%，表明改性镀液提供更好的耐腐蚀性。
b. 电化学阻抗：Nyquist图显示两个容抗弧，改性基础镀液镀层的极化电阻（Rp=15563 Ω·cm²）高于Watts镀液镀层（Rp=8873 Ω·cm²），保护效率对应为78.4%和74.1%。

**4.2 TEA浓度对腐蚀性能的影响**
a. 动电位极化：添加TEA后，腐蚀电流密度进一步降低，8 mL/L TEA时仅为0.24 μA·cm^-2，保护效率升至98.1%。
b. 电化学阻抗：Rp随TEA浓度增加而增大，8 mL/L时Rp=44830 Ω·cm²，保护效率达97.3%，表明TEA显著增强了镍镀层的耐腐蚀性。

讨论部分指出，TEA通过吸附在电极/电解质界面，调节Ni²⁺还原动力学，减少局部浓度波动和氢气泡干扰，从而促进均匀、致密且覆盖良好的镍层形成。腐蚀测试结果与形貌分析一致，TEA的加入降低了镀层孔隙率，提高了物理屏障效应，最终提升了耐腐蚀性能。

研究结论翻译：本研究探讨了在黄铜上使用传统Watts镀液和含三乙胺（TEA）的改性镀液进行镍电沉积。改性镀液表现出比Watts镀液更好的沉积性能，具有更高的阴极效率和沉积速率。电化学分析证实，改性镀液改善了镍沉积行为，主要归因于增强的镀液导电性和更有利的沉积动力学。SEM/EDS观察显示，Watts镀液产生非均匀、颗粒状且有裂纹的镍层，而改性镀液得到更光滑、致密、均匀的镀层。TEA的添加进一步改善了镀层质量，促进了更好的表面覆盖，减少了裂纹和表面缺陷，并提高了镀层中的镍含量。腐蚀测试表明，从改性镀液（尤其是含TEA）获得的镀层表现出更低的腐蚀电流密度和更高的保护效率。总体而言，TEA作为一种有效的有机添加剂，改善了黄铜上镍镀层的形貌、附着力和耐腐蚀性。因此，含TEA的改性镀液是传统Watts镀液生产高质量镍镀层的有前景替代方案。